PHOTOMETRIC OBSERVATIONS AND REFINED SYSTEM PARAMETERS OF THE HIGH-DENSITY GAS GIANT HAT-P-20 b

Abstract

The discovery of thousands of exoplanets in recent decades has not only advanced our understanding of planetary formation processes but also guided efforts to identify potentially habitable environments beyond the Solar System. Among the most effective detection techniques is the transit photometry method, while advanced methods such as Transit Timing Variation (TTV) offer critical insights into the gravitational interactions within multi-planetary systems and may even indicate the presence of non-transiting planets. In this context, HAT-P-20 b is a remarkable gas giant discovered by the HATNet project, orbiting a K-type main-sequence star. With its exceptionally high density (~13.8 g/cm³), short orbital period (~2.9 days), and close proximity to its host star (~0.0361 AU), it stands out among known hot Jupiters. Possessing a mass of approximately 7.25 Jupiter masses and a radius of 0.867 Jupiter radii, this planet poses intriguing questions about planetary composition and structure. Additionally, the high stellar activity of the host complicates photometric modeling and accurate determination of orbital parameters. In this study, we present a photometric analysis of HAT-P-20 b based on transit observations obtained on January 15, 2017, using the ground-based ADYU60 telescope. The data were reduced using AstroImageJ (AIJ) and modeled with the EXOFAST software. The resulting light curve was used to update the system’s physical parameters, which were compared with previous literature values. The updated parameters for HAT-P-20 b are consistent with previous studies within the margin of uncertainty. Furthermore, the transit minimum timing was determined to contribute to ongoing efforts in identifying potential third bodies in the system. The findings presented here refine the structural and dynamical understanding of the HAT-P-20 system and provide valuable data for future exoplanetary studies.

Keywords

• Planetary Systems
• Exoplanets
• HAT-P-20

Photometric Observations and Refined System Parameters of the High-Density Gas Giant Hat-P-20 b

Öz

Günümüzde, binlerce ötegezegenin keşfi yalnızca gezegen oluşumu süreçlerini anlamamıza katkı sağlamakla kalmamakta, aynı zamanda yaşamın var olabileceği potansiyel ortamları tanımlama çabalarımıza da yön vermektedir. Ötegezegenlerin keşfinde en yaygın kullanılan yöntemlerin başında transit (geçiş) fotometrisi gelmektedir. Geçiş zamanları değişimleri (Transit Timing Variation, TTV) gibi ileri analiz teknikleri ise, çoklu gezegen sistemlerindeki kütleçekimsel etkileşimleri modellemek ve gözlenemeyen gezegenleri ortaya çıkarmak açısından kritik öneme sahiptir. Bu bağlamda, HATNet projesi kapsamında keşfedilen ve K-tipinde bir ana kol yıldızı olan HAT-P-20’nin etrafında dolanan HAT-P-20 b, yüksek yoğunluğu (~13.8 g/cm³), kısa yörünge periyodu (~2.9 gün) ve yıldızına olan yakın konumu (~0.0361 AU) ile dikkat çeken özgün bir gaz devi ötegezegendir. Yaklaşık 7.25 Jüpiter kütlesine ve 0.867 Jüpiter yarıçapına sahip olan bu gezegen, özellikle yüksek yoğunluğu ile literatürdeki benzer sıcak Jüpiterlerden ayrışmakta ve iç yapısına ilişkin önemli soruları gündeme getirmektedir. Ayrıca, sistemin yüksek yıldız aktivitesi nedeniyle ışık eğrilerinde ortaya çıkan düzensizlikler, hem fotometrik modelleme süreçlerini hem de yörüngesel parametrelerin hassas tayinini daha da karmaşık hale getirmektedir. Bu çalışmada, HAT-P-20 sistemine ait geçiş gözlemleri yer tabanlı ADYU60 teleskobu ile gerçekleştirilmiş, elde edilen veriler AstroImageJ ile işlenmiş ve EXOFAST yazılımı ile modelleme yapılmıştır. HAT-P-20 b’nin geçişinden elde edilen ışık eğrisi analiz edilerek gezegenin fiziksel parametreleri güncellenmiş, önceki literatür verileriyle karşılaştırılmıştır. HAT-P-20 b için güncellenen bu sistem parametrelerinden bazıları M_P={7.095162}_{-0.243979}^{+0.266785}, R_P={0.843269}_{-0.025078}^{+0.026292}R_J, a={0.035701}_{-0.000613}^{+0.000665}\ AU’ dur. Bu değerler incelendiğinde literatür değerleri ile belirsizlikler aralığında uyum içerisinde olduğu görülmektedir. Ayrıca, geçişin minimum zamanları belirlenerek sistemde olası üçüncü cisim varlığına dair yapılan çalışmalara bir katkı sunmak hedeflenmiştir. Bu geçiş için belirlenen minimum geçiş zamanı T_0={2457769.357408}_{-0.001476}^{+0.001403}BJD ‘dir. Yapılan bu çalışma HAT-P-20 sisteminin hem yapısal hem de dinamik özelliklerine ilişkin daha hassas değerler ortaya koymuş, bu yönüyle literatüre katkı sunmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Gezegen Sistemleri
• Ötegezegenler
• HAT-P-20

Kaynakça

1. Agol, E., Steffen, J., Sari, R., Clarkson, W. (2005) On detecting terrestrial planets with timing of giant planet transits, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), 359(2), 567-579. http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-2966.2005.08922.x
2. Bakos, G.A., Hartman, J., Torres, G., Latham, D. W., Kovács, G., Noyes, R. W., Fischer, D. A., Johnson, J. A., Marcy, G. W., Howard, A. W., Kipping, D., Esquerdo, G. A., Shporer, A., Béky, B., … Sári, P. (2011). HAT-P-20b–HAT-P-23b: Four Massive Transiting Extrasolar Planets. The Astrophysical Journal,742(2) 116-135. http://dx.doi.org/10.1088/0004-637X/742/2/116
3. Borucki, W. J., Koch, D., Jenkins, J., … Tarter, J. (2009). Kepler’s Optical Phase Curve of the Exoplanet HAT-P-7b. Science, 325(5491), 709. https://doi.org/10.1126/science.1178312
4. Collins, K. A., Kielkopf, J. F., Stassun, K. G. and Hessman, F.V. (2017a). Astroimagej: Image Processing and Photometric Extraction for Ultra-Precise Astronomİcal Light Curves. The Astronomical Journal, 153(2), 77-90. http://dx.doi.org/10.3847/1538-3881/153/2/77
5. Collins, K.A., Kielkopf, J.F. and Stassun, K.G., (2017b). Transit Timing Variation Measurements Of Wasp-12b And Qatar-1b: No Evidence Of Additional Planets. Astronomical Journal, 153(2), 78. http://dx.doi.org/10.3847/1538-3881/153/2/78.
6. Eastman, J., Gaudi, B.S., Agol, E., 2013. EXOFAST: A Fast-Exoplanetary Fitting Suite in IDL, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 125(923), 83-109. http://dx.doi.org/10.1086/669497.
7. Esposito, M., Covino, E., Desidera, S., Mancini, L., Nascimbeni, V., …, Turner, O.D. (2017). The GAPS Programme with HARPS-N at TNG XIII. The orbital obliquity of three close-in massive planets hosted by dwarf K-type stars: WASP-43, HAT-P-20 and Qatar-2. Astronomy&Astrophysics 601 (A53), 16. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201629720 ETD,2025, April 24. http://var2.astro.cz/ETD/
8. Huang, C. X., Hartman, J. D., Bakos, G. Á., Penev, K., Bhatti, W. ; Bieryla, A., de Val-Borro, M., Latham, D. W., Buchhave, L. A., …, Sári, P. (2015). HAT-P-56b: An Inflated Massive Hot Jupıter Transiting A Bright F Star Followed Up with K2 Campaign 0 Observations. The Astronomical Journal,150 (3), 85-96. https://doi.org/10.1088/0004-6256/150/3/85

9. Mayor, M. and Queloz, D., (1995). A Jupiter-mass companion to a solar-type star. Nature, 378(6555), 355−359. https://doi.org/10.1038/378355a0
10. Seager, S. (2010). Exoplanets, The Univercity of Arizona Press, p.55-78.
11. Veras, D., Ford, E. B. and Payne, M. J. (2011). Quantifying the Challenges of Detecting Unseen Planetary Companions with Transit Timing Variations, The Astrophysical Journal, 727 (2), 74-98. https://doi.org/10.1088/0004-637X/727/2/74
12. Wolszczan, A. and Frail, D.A., 1992. A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257 + 12. Nature, 355 (6356), 145−147. https://doi.org/10.1038/355145a0